Алгоритмы сортировки массивов. Внешняя сортировка

Лабораторная работа 43. Алгоритмы сортировки массивов. Внешняя сортировка

Цель работы: изучить основные алгоритмы внешних сортировок, научиться решать задачи сортировок массивов различными методами и выполнять оценку эффективности алгоритмов внешней сортировки.

При выполнении лабораторной работы для каждого задания требуется написать программу на языке С++, которая получает на входе числовые данные, выполняет генерацию и вывод массива указанного типа в зависимости от постановки задачи. В каждой задаче необходимо выполнить сортировку данных и реализовать один из алгоритмов внешних сортировок в виде отдельных функций. Ввод данных осуществляется из файла с учетом требований к входным данным, содержащихся в постановке задачи. Ограничениями на входные данные являются максимальный размер строковых данных, диапазон используемого числового типа данных в языке С++.

Теоретические сведения.

Ознакомьтесь с материалом лекции 43.

Задания к лабораторной работе.

Выполните приведенные ниже задания.

1. На основании приведенной в лекции 43 функции реализуйте программу, в которой выполняется алгоритм внешней сортировки двухпутевым двухфазным простым слиянием.
2. На основании приведенной в лекции функции реализуйте программу, в которой выполняется алгоритм внешней сортировки двухпутевым двухфазным естественным слиянием.
3. Дан полный перечень всех стран, который включает в себя: название, континент, столицу, площадь, численность населения. Указать сведения о государствах заданного континента в порядке возрастания численности населения. Использовать двухпутевое однофазное простое слияние.
4. Даны сведения о химических веществах, которые включает в себя: класс вещества, название вещества, молекулярная масса вещества. Упорядочить по возрастанию молекулярных масс все вещества указанного класса. Использовать двухпутевое двухфазное естественное сбалансированное слияние.
5. В файле хранится последовательность русских слов. Упорядочить ее в алфавитном порядке. Использовать внешнюю сортировку. Учесть, что порядок кодов букв русского алфавита не соответствует порядку букв в алфавите.

Указания к выполнению работы.

Каждое задание необходимо решить в соответствии с изученными алгоритмами внешних сортировок. Программные коды следует реализовать на языке С++. Рекомендуется воспользоваться материалами лекции 43, где подробно рассматриваются описание используемых в работе алгоритмов, примеры их реализации на языке С++. Программу для решения каждого задания необходимо разработать методом процедурной абстракции, используя функции. Этапы решения сопроводить комментариями в коде. В отчете следует отразить разработку и обоснование математической модели решения задачи и примеры входных и выходных файлов.

Следует реализовать каждое задание в соответствии с приведенными этапами:

• изучить словесную постановку задачи, выделив при этом все виды данных;
• сформулировать математическую постановку задачи;
• выбрать метод решения задачи, если это необходимо;
• разработать графическую схему алгоритма;
• записать разработанный алгоритм на языке С++;
• разработать контрольный тест к программе;
• отладить программу;
• представить отчет по работе.

Требования к отчету.

Отчет по лабораторной работе должен соответствовать следующей структуре.

• Титульный лист.
• Словесная постановка задачи. В этом подразделе проводится полное описание задачи. Описывается суть задачи, анализ входящих в нее физических величин, область их допустимых значений, единицы их измерения, возможные ограничения, анализ условий при которых задача имеет решение (не имеет решения), анализ ожидаемых результатов.
• Математическая модель. В этом подразделе вводятся математические описания физических величин и математическое описание их взаимодействий. Цель подраздела – представить решаемую задачу в математической формулировке.
• Алгоритм решения задачи. В подразделе описывается разработка структуры алгоритма, обосновывается абстракция данных, задача разбивается на подзадачи. Схема алгоритма выполняется по ЕСПД (ГОСТ 19.003-80 и ГОСТ 19.002-80).
• Листинг программы. Подраздел должен содержать текст программы на языке программирования С++, реализованный в среде MS Visual Studio 2010.
• Контрольный тест. Подраздел содержит наборы исходных данных и полученные в ходе выполнения программы результаты.
• Выводы по лабораторной работе.
• Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Чем обусловлено использование алгоритмов внешних сортировок?
2. Как расходуется ОЗУ при использовании различных алгоритмов внешних сортировок?
3. Каким слиянием, простым или естественным, эффективнее объединять два упорядоченных по общему ключу файла? Ответ обоснуйте.
4. Какие еще факторы, кроме числа фаз и путей, следует учитывать при анализе эффективности алгоритмов внешних сортировок?
5. Как определить, какому алгоритму внешних сортировок отдать предпочтение при решении задачи?